книги из ГПНТБ / Технология электрокерамики

используют при приготовлении пластичного формовоч­ ного полуфабриката из многих безглипнстых керами­ ческих масс — на основе титанатов, цпрконатов и станнатов.

Для пластификации некоторых безглинистых масс, а также масс на основе двуокиси титана и двуокиси циркония с небольшим содержанием пластичных ве­ ществ применяют эмульсионный пластификатор, компо­

торами происходит при интенсивном механическом воз­ действии. При этом протекают процессы смачивания пластификатором поверхности минеральных компонен­ тов с образованием структурированных пластично-вяз­ ких оболочек, уплотнения и частичного, обезвоздушивания массы с деформацией и перераспределением обо­ лочек.

Сорбированные на частицах массы гидроорганическиеоболочки слипаются в единую дисперсионную среду высококонцентрированной структурированной суспензии. Структурные связи между частицами массы в формо­ вочном полуфабрикате с гидроорганическими пласти­ фикаторами осуществляются или через граничные соли гидроорганических оболочек, или через масляные про­ слойки между этими оболочками. Выбор рецептуры гидроорганического пластификатора производят в зави­ симости от состава и свойств керамической массы и назначения пластичного формовочного полуфабриката.

Крупногабаритные заготовки из безглинистых мате­ риалов часто изготовляют с белково-углеводными пла­ стификаторами на основе растительных белков и угле­ водов. Так, для получения пластичного формовочного полуфабриката .из корунда применяют клейстер из пшеничной или ржаной муки тонкого помола, обрабо­ танной щелочами (каустической содой или нашатыр­ ным спиртом).

В пластификаторы вводят также другие органиче­ ские добавки: одноатомные спирты, улучшающие сма­ чивание и предотвращающие образование пены, MHOFOV

1 0 7

атомные спирты — глицерин и этиленгликоль, пластифи­ цирующие высокомолекулярные связующие вещества и другие поверхностно-активные вещества, улучшающие смачивание твердых частиц пластификатором. Иногда для придания заготовкам повышенной механической прочности и влагостойкости в пластификатор вводят также поликонденсационную водорастворимую мочеви- по-формальдегидную смолу (МФ-17). Полученный пла­ стичный формовочный полуфабрикат имеет сложное строение. Его коагуляционная структура при сушке и термообработке необратимо переходит в конденсацион­ ную, обладающую достаточной механической проч­ ностью.

5-3. ПРЕССОВАНИЕ

Установочные детали сложной конфигурации с вы­ ступами, углублениями и отверстиями в вертикальном направлении целесообразно оформлять' пластическим и термопластическим прессованием пресс-порошков с па­ рафиновыми пластификаторами и штампованием по­ рошков с гидроорганическпми пластификаторами. Спо­ собы пластического и термопластического прессования применимы главным образом для изготовления загото­ вок из стеатитовых масс. Они позволяют получать за­ готовки с такой же высокой точностью размеров, как и при горячем литье.

Наиболее высока точность размеров деталей, оформ­ ленных пластическим прессованием при комнатной тем­ пературе, однако при этом можно получать заготовки с менее развитым рельефом, чем при термопластическом прессовании.

Штампованием оформляют заготовки сложной кон­ фигурации главным образом из установочных материа­ лов, содержащих значительное количество минеральных пластичных веществ. Штампованием можно получать сложные по конфигурации изделия геометрически пра­ вильной формы, однако плотность структуры и точность размеров штампованных деталей меньше, чем при дру­ гих способах оформления. Производительность оформ­ ления заготовок пластическим и термопластическим прессованием в несколько раз выше, чем при горячем литье. Штампованные детали благодаря простоте и краткости процесса наиболее дешевы, поэтому способ

108

штампования должен применяться во всех случаях, где он возможен.

Плоские детали толщиной от 0,5 до 50 мм и линей­ ными размерами до 200—250 мм при соотношении раз­ меров по вертикали и горизонтали от 5: 1 до 1 :20 целе­ сообразно оформлять прессованием из пресс-порошков. Заготовки с высотой, большей диаметра, лучше прессо­

тельных выступах и углублениях прессование следует производить в пресс-формах с дифференциальной за­ сыпкой, создаваемой с помощью подвижных пуансонов.

Технологическая схема изготовления деталей спосо­ бом прессования проста и дешева, характеризуется высокой производительностью и малой трудоемкостью

а крупных заготовок диаметром 200—250 мм и высотой 20—30 мм — до 20—25 шт/ч. Особенно высока произво­ дительность при прессовании на прессах-автоматах,

ных многошпиндельных — до 3 000—5 000 шт/ч.

Прессованием можно получить полностью оформлен­ ные заготовки, не нуждающиеся в дополнительной ме­ ханической обработке. Однако прессование таких заго­ товок в сложных и дорогих пресс-формах целесообраз­ но только при крупносерийном и массовом производстве. При мелкосерийном производстве выгоднее прессовать плоские заготовки, подвергающиеся в дальнейшем ме­ ханической обработке.

Таким же образом изготовляют крупногабаритные высоковольтные конденсаторы, в которых необходимо создание однородной и плотной структуры. Специфиче­ ской особенностью способа прессования является необ­ ходимость использования специального оборудования, мощных и дорогих гидравлических прессов и дорогого рабочего инструмента — пресс-форм.

Для прессования изделий применяют как неспециа­ лизированные прессы со сложными автоматическими пресс-формами, так и автоматические специализирован­ ные прессы со сравнительно простым инструментом.

109

ков. Поэтому в ближайшее время будет проведена модернизация конструкций как механических, так и гид­ равлических прессов. Быстрейшее освоение и выпуск специализированных прессов крайне необходим.

Метод клинового прессования является новым мето­ дом формования в порошковой металлургии и представ­ ляет интерес для керамической промышленности. Этот метод предназначен для получения полос и листов боль­ шой длины и толщиной до 20 мм и более; он может быть использован при .изготовлении пластин для дугогаснтельиых камер из кордиеритовон керамики. Принципи­ ально возможно получение таких изделии неограничен­

с ним метод клинового прессования, позволяющий прес­ совать непрерывную полосу, имеет ряд преимуществ', а) применение значительно менее мощного оборудова­ ния, например 60-тониого пресса при горизонтальной схеме прессования и 25-тонного пресса при вертикаль­ ной; б) простота и надежность заполнения матрицы порошковой смесью, возможность осуществления поточ­ ной линии в промышленных условиях [Л. 5-10, 5-28].

Применение метода клинового прессования дает реальную возможность повышения производительности труда в заводских условиях, значительно облегчает условия труда и повышает культуру производства, так как при этом методе такие процессы, как засыпка по­ рошка и разравнивание его в пресс-форме, полностью автоматизированы. При методе клинового прессования исключается процесс выпрессовывания пластин, который при обычном методе прессования значительно усложняет работу. Часто в процессе выпрессовывания пластин появля­ ются трещины и отслои, что исключается при методе клинового прессования.

При холодном прессовании порошков можно выде­ лить три стадии уплотнения: на первой уплотнение про­ исходит главным ' образом за счет лучшей укладки частиц, на второй — за счет деформации частиц в обла­ сти контакта; третья стадия, наблюдаемая при относи­ тельно большом давлении, характеризуется деформа­ цией значительной части объема частиц. В дейсгвнтель'

ПО

Ности отдельные стадии процесса могут накладываться друг на друга, однако такое деление значительно облег­ чает анализ.

Прирост плотности прессовок значительно .изменяет­ ся при повышении давления прессования: в области малых давлении повышение его существенно .изменяет

эффектом. При превышении его наступает вторая ста­ дия прессования, характеризуемая деформацией приконтактных областей частиц, на что требуется значи­ тельная часть давления, ,и потому соответственно сни­ жается темп изменения пористости. В зависимости от состава шихты в области контактов между частицами может наблюдаться пластическая деформация .или хруп­ кое разрушение.

Важнейшей задачей теории и практики прессования порошков является установление зависимости между

l g / 3 = l g / 5 M a K c - e ( R - l ) ; .

Анализ работ в области исследования процесса прес­ сования различных пористых материалов показывает, что в настоящее время нет универсального уравнения уплотнения, а многочисленные предложенные уравнения лишь удовлетворительно описывают процессы прессо­ вания в отдельных частных случаях.

i l l

S-4. ГИДРОСТАТИЧЕСКОЕ ПРЕССОВАНИЕ

Известны следующие разновидности изостатического прессования: прессование гидростатическое, под давле­ нием газа и >в эластичных оболочках.

В СССР достаточно полно изучены закономерности процесса гидростатического прессования, разработаны технологические режимы и оборудование для него. Пре­ имущество гидропрессования по сравнению с прессова­ нием в стальных пресс-формах заключается в возмож­ ности изготовления равноплотных заготовок весьма большой массы с любым соотношением длины и по­ перечных размеров и разнообразной конфигурации. Крупные промышленные установки гидропрессования впервые разработаны в ЦНИИЧМ. За рубежом, в част­ ности в США, в последние годы также проведены ра­ боты по созданию мощных гидропрессов [Л. 5-31, 5-32].

Наиболее распространенный в практике метод стати­ ческого (одно- и двустороннего) прессования не позво­ ляет получать качественные керамические изделия боль­ ших размеров .и сложной формы. Трение между порош­ ком, стенками пресс-формы и пуансонами вызывает неравномерное распределение давления в брикете; это приводит к неравномерной плотности брикета, что спо­ собствует неравномерной усадке либо определяет не­ равномерность физико-механических свойств и техноло­ гических характеристик получаемых изделий. Увеличение давлений, при которых относительная неравномерность плотности несколько уменьшается, при прессовании ке­ рамических масс нецелесообразно, так как часто завы­

ления силы упругого последействия могут разрушить такой брикет [Л. 5-33].

Зерновой состав масс, прессуемых гидростатическим методом, может быть весьма различным; он определя­ ется необходимой плотностью изделий и их спеканием при обжиге. При изготовлении плотноспеченной керами­ ки из окислов или других соединений применяют тонко­ дисперсные порошки. При прессовании глинозема пре­ дельный размер зерен массы составляет 25 мкм; напри­ мер, масса содержит 27% зерен размером 25—10 мкм, 30%'—10—5 мкм, 32%—5—1 мкм и 11%) — 1 мкм и менее.

112

Изменение влажности керамической массы от 4,3 до 12,3% дает незначительное отклонение от среднего

улучшается структура материала. Существенное значе­ ние имеет давление гидростатического прессования, с увеличением которого снижается пористость сырца и изделий, повышается прочность и значительно улучша­ ется структура [Л. 5-34].

Работы по гидростатическому прессованию керами­ ческих труб ,[Л. 5-35] и труб санитарной керамики [Л. 5-36] показывают, что крупные огнеупорные изделия •из глиносодержащих масс можно отпрессовать таким способом. Промышленностью уже освоено гидростати­ ческое прессование из масс, содержащих тигельный чешуйчатый графит и огнеупорную глину, в частности прессование изложниц (с шамотом) и тиглей (с карби­ дом кремния SiC) [Л. 5-37]. Несомненно, что гидростати­ ческий метод прессования получит более широкое при­ менение в производстве изделий из чистых окислов.

В настоящее время выпускают прессы для гидро­ статического прессования труб диаметром от 430 мм и длиной до 700 мм (производительность пресса 25 шт/ч) и четырехкамерные прессы для прессования труб мень­ ших размеров — диаметром 75 мм и длиной 300 мм (производительность 500 шт/ч). Известны прессы с еще большей производительностью — до 1 500 шт/ч [Л. 5-38].

Гидростатический принцип прессования используют и при методе горячего прессования. В [Л. 5-38] описана установка, представляющая собой автоклав с охлаждае­ мыми стенками и с нагревателем сопротивления. Внут­ ренний диаметр составляет 67 см и длина 270 см. В ка­ честве прессующей среды используют гелий, так как его теплопроводность более высокая по сравнению с други­ ми инертными газами. Давление достигает 30 кгс/мм2 и температура 2 750°С. Для гидростатического горячего прессования в стальной оболочке используют низкие

свинец. Имеются установки для гидростатического преС->

горячего прессования. Аппаратура рассчитана на темпе­

рассмотрены основные принципы технологии прессова­ ния при высоком давлении.

Изостатический пресс для оформления керамических изделий состоит из бункера для засыпки порошка, прес­ сующего цилиндра, гидравлического привода, выталки­ вателя готового изделия и системы автоматического регулирования процесса прессования. Максимальное давление 2 100 кгс/см2.

Фирма' «Дорст керамик машниенбау» (ФРГ) пред­ лагает два типа самых быстродействующих изостатических прессов на 25 и 200 тс, рабочее давление которых составляет 2 000 кгс/см2. Прессы предназначены для производства изоляторов .из гранулированного фарфора, стеатита, окиси алюминия, графита, карбидов и т. д.

При весьма высоких давлениях полусухого прессо­ вания и больших степенях сжатия прессовые установки и формы весьма громоздки и дороги. Оборудование для гидростатического способа прессования значительно проще, меньше его габариты и оно дешевле. Поэтому гидростатический метод прессования может найти ра­ циональное использование в электрокерамическоп про­ мышленности, особенно при изготовлении тонкостенных полых изделии большого габарита, например, из чистых окислов и других соединении.

Методом гидростатического прессования изготовляют лз глинозема и других окислов разные изделия сложной формы. Компактные установки для гидростатического прессования, в том числе гидростатические быстродейст­ вующие прессы, рассчитаны на давление 200 кгс/см2, их производительность— 15—20 шт/мин.

Во многих странах проводятся исследования и раз­ работки технологических режимов изостатического прес­ сования в упругих оболочках (рис. 5-8). Сущность ме­ тода заключается в' том, что эластичная оболочка, за-

114

полненная порошком, помещается в жесткую прессформу и в процессе прессования играет роль среды для передачи давления. Наиболее приемлемым материалом для изготовления высококачественных оболочек явля­ ется резиновая масса на основе натурального каучука, которая, легко формуется и после вулканизации по опре­ деленному режиму в течение длительного времени со­ храняет приданную форму и размеры, что обеспечивает возможность изготовления в одной оболочке более ты­ сячи прессовок. Значительное влияние на процесс прес­

материал оболочки должен обладать способностью принимать и сохранять определенную форму, соот­

ким к поведению жидкости, что необходимо для равно­ мерной передачи давления на порошок. Очень важно, чтобы материал оболочки обладал определенной упру­ гостью, обеспечивающей возвращение оболочки в пер­

равна нулю. Обязательным требованием к материалу оболочки является отсутствие склеивания или схватываемости с порошком, что обеспечивает легкое извлече-

порошка о стенки пресс-формы и трехмерным относи­ тельным перемещением частиц. Так, при увеличении

свойства порошков не оказывают влияния на характе­ ристики готового изделия, могут применяться порошки непластичных материалов [Л. 5-42].

В [Л. 5-39] приведены результаты исследования влияния давления изостатического прессования на свой­ ства образцов (длиной 120 мм, диаметром 25 мм), по­ лученных из порошков различных керамических мате­ риалов. В процессе исследования определяли влияние величины давления на плотность и механическую проч­ ность полуфабриката, форму пор, усадку при обжиге Образцы прессовали из порошка полученного распыле­ нием окиси алюминия, кварцевого песка, шамота и си­

Изучение свойств полуфабрикатов и готовых кера­ мических изделий, оформленных гидростатическим прес­ сованием из порошков, полученных сушкой распы-

116